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JPH0652706B2 - Projection exposure device - Google Patents

Projection exposure device

Info

Publication number
JPH0652706B2
JPH0652706B2 JP63116455A JP11645588A JPH0652706B2 JP H0652706 B2 JPH0652706 B2 JP H0652706B2 JP 63116455 A JP63116455 A JP 63116455A JP 11645588 A JP11645588 A JP 11645588A JP H0652706 B2 JPH0652706 B2 JP H0652706B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
optical system
wafer
exposure
reticle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP63116455A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH01286418A (en
Inventor
春名 川島
章義 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP63116455A priority Critical patent/JPH0652706B2/en
Priority to DE68924667T priority patent/DE68924667T2/en
Priority to EP89304860A priority patent/EP0342061B1/en
Publication of JPH01286418A publication Critical patent/JPH01286418A/en
Priority to US07/700,060 priority patent/US5117254A/en
Publication of JPH0652706B2 publication Critical patent/JPH0652706B2/en
Priority to US08/281,663 priority patent/US5489966A/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7003Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
    • G03F9/7023Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface
    • G03F9/7026Focusing

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、投影露光装置に関し、特に半導体素子製造の
分野において、半導体ウエハー表面にレチクルの回路パ
ターンを繰り返し縮小投影露光する際の自動ピント調整
機能所謂オートフオーカス機能を有するステツパーと呼
ばれる投影露光装置に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection exposure apparatus, and particularly in the field of semiconductor device manufacturing, automatic focus adjustment when repeatedly reducing and projecting a reticle circuit pattern onto a semiconductor wafer surface. The present invention relates to a projection exposure apparatus called a stepper having a so-called autofocus function.

<従来の技術> 近年、半導体素子、LIS素子,超LSI素子等のパターンの
微細化、高集積化の要求により、投影露光装置において
高い解像力を有した結像(投影)光学系が必要とされて
きている為、結像光学系の高NA化が進み結像光学系の
焦点深度は浅くなりつつある。
<Prior Art> In recent years, an image forming (projection) optical system having a high resolving power is required in a projection exposure apparatus due to a demand for finer patterns and higher integration of semiconductor elements, LIS elements, VLSI elements, and the like. As a result, the NA of the image forming optical system is increasing, and the depth of focus of the image forming optical system is becoming shallower.

又、ウエハには、平面加工技術の点から、ある程度の厚
さのばらつきと曲りを許容しなければならない。通常ウ
エハ曲りの矯正については、サブシクロンのオーダで平
面度で保証する様に加工されたウエハチヤツク上にウエ
ハを載せ、ウエハの背面をバキユーム吸着することによ
り平面矯正を行っている。しかしながら、ウエハ1枚の
中での厚さのばらつきや吸着手法、更にはプロセスが進
む事によって生ずるウエハの変形については、いくらウ
エハの平面を矯正しようとしても矯正不能である。
In addition, the wafer must be allowed to have a certain degree of variation in thickness and bending in terms of planar processing technology. In order to correct the bending of the wafer, the wafer is placed on a wafer chuck that is processed so as to guarantee flatness on the order of subcyclones, and the back surface of the wafer is vacuum-sucked to correct the flatness. However, it is impossible to correct the variation in the thickness of one wafer, the suction method, and the deformation of the wafer caused by the progress of the process, no matter how much the plane of the wafer is corrected.

この為、レチクルパターンが縮小投影露光される画面領
域内でウエハが凹凸を持つ為、実効的な光学系の焦点深
度は、さらに浅くなってしまう。
Therefore, since the wafer has irregularities in the screen area where the reticle pattern is projected by reduction projection, the effective depth of focus of the optical system is further reduced.

従って、縮小投影露光装置に於いては、ウエハ面を焦点
面に(投影光学系の像面)に合致させる為の有効な自動
焦点合わせ方法が重要なテーマとなっている。
Therefore, in the reduction projection exposure apparatus, an effective automatic focusing method for matching the wafer surface with the focal plane (the image plane of the projection optical system) is an important theme.

従来の縮小投影露光装置のウエハ面位置検出方法として
は、エアマイクロセンサを用いる方法と、投影露光光学
系を介さずにウエハ面に斜め方向から光束を入射させ、
その反射光の位置ずれ量を検出する方法(光学方式)が
知られている。
As a wafer surface position detection method of a conventional reduction projection exposure apparatus, a method using an air microsensor, and a method in which a light beam is incident on a wafer surface from an oblique direction without passing through a projection exposure optical system,
A method (optical method) for detecting the amount of displacement of the reflected light is known.

一方、この種の投影露光装置では、投影光学系の周囲温
度変化、大気圧変化、投影光学系に照射される光線によ
る温度上昇、あるいは投影光学系を含む装置の発熱によ
る温度上昇などによりピント位置(像面位置)が移動
し、これを補正しなければならない。従って、周囲の温
度変化、大気圧変化を検出器によって計測したり、投影
光学系内の一部の温度変化、大気圧変化検出器により計
測したりすることにより、投影光学系のピント位置を計
算し、補正を行っていた。
On the other hand, in this type of projection exposure apparatus, the focus position changes due to a change in the ambient temperature of the projection optical system, a change in atmospheric pressure, a temperature rise due to the light beam illuminating the projection optical system, or a temperature rise due to heat generation of the apparatus including the projection optical system. (Image plane position) moves and must be corrected. Therefore, the focus position of the projection optical system can be calculated by measuring the ambient temperature change and atmospheric pressure change with a detector, or by measuring the temperature change of a part of the projection optical system and atmospheric pressure change detector. I was making corrections.

しかしながら、この方法では、投影光学系のピント位置
を直接計測していない為、温度,大気圧を計測する検出
器の検出誤差、また温度変化量、大気圧変化量より、投
影光学系のピント位置を計算し補正する際の、近似式で
ある計算式に含まれる誤差により、高精度の投影光学系
のピント位置検出が不可能であるという欠点があった。
However, in this method, since the focus position of the projection optical system is not directly measured, the focus position of the projection optical system is determined from the detection error of the detector that measures the temperature and atmospheric pressure, and the temperature change amount and the atmospheric pressure change amount. There is a drawback in that it is impossible to detect the focus position of the projection optical system with high accuracy due to an error included in a calculation formula that is an approximate formula when calculating and correcting the.

<発明の概要> 本発明の目的は、投影光学系のピント位置(像面位置)
を高精度に検出して、投影光学系の像面とウエハ面とを
正確に一致させることが可能な投影露光装置を提供する
ことにある。
<Outline of the Invention> An object of the present invention is to focus a position (image plane position) of a projection optical system.
It is an object of the present invention to provide a projection exposure apparatus capable of accurately detecting the laser beam and accurately matching the image plane of the projection optical system with the wafer surface.

上記目的を達成する為に、第1物体上に形成されている
パターンを、投影光学系を介して第2物体上に投影する
本投影露光装置は、前記第2物体を保持する可動ステー
ジと、前記可動ステージ上に設けられた反射面と、前記
パターンと投影光学系を介し前記反射面上に光を指向さ
せる手段と、前記反射面からの光を前記投影光学系と前
記パターンを介して受光し、光量を検出する光量検出手
段と、前記光量検出手段からの信号に基づいて前記投影
光学系のピント位置を検出する手段とを有することを特
徴とする。
In order to achieve the above object, the present projection exposure apparatus that projects a pattern formed on a first object onto a second object via a projection optical system includes a movable stage that holds the second object, A reflecting surface provided on the movable stage, means for directing light onto the reflecting surface via the pattern and the projection optical system, and light received from the reflecting surface via the projection optical system and the pattern However, it is characterized by having a light amount detecting means for detecting a light amount and a means for detecting a focus position of the projection optical system based on a signal from the light amount detecting means.

本発明の具体的形態は後述する実施例に詳しく記載され
ているが、特に本発明の好ましい形態は次の5点の基本
思想に基づいて構築された。又、投影光学系の像面位置
即ちフオーカス位置は、上述の如く投影光学系自身を使
用する(所謂TTL方式)ことにより行われる。尚「TT
L」とは「Through The Lens」の略である。
Specific embodiments of the present invention are described in detail in the examples below, and particularly preferred embodiments of the present invention were constructed based on the following five basic ideas. Further, the image plane position of the projection optical system, that is, the focus position is determined by using the projection optical system itself (so-called TTL system) as described above. In addition, "TT
“L” is an abbreviation for “Through The Lens”.

(1)フオーカス位置(投影光学系の像面)の検出は露
光波長で直接行う。
(1) The focus position (image plane of the projection optical system) is detected directly at the exposure wavelength.

(2)フオーカス位置の検出は露光に用いる照明系を用
いる。
(2) An illumination system used for exposure is used to detect the focus position.

(3)フオーカス位置の検出は焼き付けに用いるレチク
ルを利用して行う。
(3) The focus position is detected by using the reticle used for printing.

(4)フオーカス位置の検出位置は従来の投影光学系を
用いないオフアクシス方式におけるウエハの検出位置と
基本的に一致している。
(4) The focus position detection position basically matches the wafer detection position in the off-axis method that does not use the conventional projection optical system.

(5)フオーカス位置検出の為にウエハステージ上にレ
ジスト等が塗布されていない基準反射面を設ける。
(5) A reference reflection surface on which a resist or the like is not applied is provided on the wafer stage for detecting the focus position.

フオーカスの検出を実際に露光に用いる光の波長,照明
係,レチクルを用いて行うのは最も理想的な形と言え
る。波長が露光光と異れば投影光学系(レンズ系)の気
圧−フオーカス特性、露光−フオーカス特性等が微妙に
異なり、その分を計算によりオフセツト補正する事が必
要となる。この様な補正は誤差の要因となるし、又、計
算だけですべての現象を記述しきるのは不可能である。
ここで、露光波長をTTLフオーカスのプローブ光に使う
事には2つの欠点が存在している。一つは露光光だとレ
ジストを感光させてしまうこと、他の一つは多層レジス
ト或いは吸収レジストといったプロセスがウエハ側に採
用された場合、ウエハからの反射光が戻ってこないとい
う事である。この為、本発明では、ウエハステージに基
準反射面を形成する事によりこの問題を解決した。この
基準反射面の位置を従来のオフアクシスオートフオーカ
ス系とTTLオートフオーカス系の双方で測定してやる事
により両者の対応をつけてやるのである。その為、
(4)に記述してある様に両者の検出位置は厳密に一致
する必要はないもの、基本的には合致している必要があ
るのである。又、従来のオフアクシスオートフオーカス
系は非露光波長が用いられている為、多層レジスト等に
まつわる問題からはフリーである。
It can be said that the most ideal form is to detect the focus using the wavelength of the light actually used for exposure, the illuminator, and the reticle. If the wavelength is different from that of the exposure light, the atmospheric pressure-focus characteristics and the exposure-focus characteristics of the projection optical system (lens system) are slightly different, and it is necessary to perform offset correction by calculation. Such a correction causes an error, and it is impossible to describe all the phenomena only by calculation.
Here, there are two drawbacks in using the exposure wavelength for the probe light of TTL focus. One is that the exposure light exposes the resist, and the other is that when a process such as a multilayer resist or an absorption resist is adopted on the wafer side, the reflected light from the wafer does not return. Therefore, the present invention solves this problem by forming the reference reflecting surface on the wafer stage. By measuring the position of this reference reflection surface with both the conventional off-axis autofocus system and the TTL autofocus system, the correspondence between the two is achieved. For that reason,
As described in (4), the detection positions of the two need not be exactly the same, but basically they must be the same. Further, since the conventional off-axis autofocus system uses a non-exposure wavelength, it is free from the problems associated with multilayer resists and the like.

TTLオートフオーカスの手法として、最も代表的なもの
はスリツト像を投影レンズを介してウエハ面上に投影
し、その反射光を再びそのスリツトを介して受光し、そ
の受光光量の特性からベストフオーカス位置を決定する
ものである。例えば観察用の顕微鏡の中にこの種のスリ
ツトを設けて投影し、その受光光量をとる様なものが知
られている。
The most typical TTL autofocus method is to project a slit image on a wafer surface through a projection lens and receive the reflected light again through the slit. It determines the position of the waste. For example, it is known that a slit for this kind is provided in an observation microscope to project and the amount of received light is taken.

この種の結像で最も高精度な結像が行われるのは露光波
長におけるレチクルとウエハ間の結像である。しかもレ
チクルにはLSI製造用の微細パターンが形成されている
のである。従って特別に顕微鏡系にフオーカスエラー検
出用のスリツトを設ける必要はなく、レチクル自体の微
細パターンを利用する事によってフオーカスエラー信号
をとる事が充分に可能である。
In this type of imaging, the most accurate imaging is performed between the reticle and the wafer at the exposure wavelength. Moreover, the reticle has a fine pattern for LSI manufacturing. Therefore, it is not necessary to specially provide a slit for detecting a focus error in the microscope system, and a focus error signal can be sufficiently obtained by utilizing a fine pattern of the reticle itself.

この様な形態の投影露光装置では、回路パターンを有す
るレチクル(マスク)をステージに装置した状態で、照
明光学系からの露光光をレチクルに指向し、レチクルを
通過した光を投影光学系を介してウエハステージ上の基
準反射面に向ける。そして基準反射面からの反射露光光
を再度投影光学系とレチクルを介して照明光学系へ戻
し、この反射露光光を受光素子で受光する。この受光素
子からの出力信号がフオーカスエラー信号であり、ウエ
ハステージを投影光学系の光軸方向に上下動させて基準
反射面の位置を変化させ、この時の受光素子からの出力
信号の最大値を示す基準反射面の位置を検出することに
より、この位置を投影光学系の最適フオーカス位置(最
良像面位置)として知ることができる。又、この基準反
射面の位置を別個に設けたオフアクシスオートフオーカ
ス系(ウエハ面位置検出システム)でモニターすること
により、投影光学系のピント位置の経時変化に追従させ
て、ウエハ面に対する自動焦点制御、所謂オートフオー
カスができる。即ち、TTLオートフオーカス系で検知し
た投影光学系の最適フオーカス位置をオフアクシスオー
トフオーカス系の基準位置として使用し、実際にウエハ
を処理する時はオフアクシスオートフオーカス系により
この基準位置に対するウエハ面の位置ずれ量(又はウエ
ハ上の各シヨツト領域の位置ずれ量)を検出し、補正し
てやれば良い。
In the projection exposure apparatus having such a configuration, the exposure light from the illumination optical system is directed to the reticle while the reticle (mask) having the circuit pattern is mounted on the stage, and the light passing through the reticle is passed through the projection optical system. To the reference reflection surface on the wafer stage. Then, the reflected exposure light from the reference reflection surface is returned again to the illumination optical system via the projection optical system and the reticle, and this reflected exposure light is received by the light receiving element. The output signal from this light receiving element is the focus error signal, and the wafer stage is moved up and down in the optical axis direction of the projection optical system to change the position of the reference reflecting surface. By detecting the position of the reference reflecting surface showing the value, this position can be known as the optimum focus position (best image plane position) of the projection optical system. In addition, by monitoring the position of this reference reflection surface with an off-axis autofocus system (wafer surface position detection system) that is separately provided, it is possible to track the focus position of the projection optical system over time and automatically Focus control, so-called autofocus, can be performed. That is, the optimum focus position of the projection optical system detected by the TTL autofocus system is used as the reference position of the off-axis autofocus system, and when actually processing a wafer, the off-axis autofocus system is used to adjust the reference position to this reference position. The amount of positional deviation of the wafer surface (or the amount of positional deviation of each shot area on the wafer) may be detected and corrected.

以下に具体的実施例を示す。Specific examples will be shown below.

<実施例> 第1図は、本発明の一実施例に係る自動焦点制御装置を
有する縮小投影露光装置の構成を示す概念図である。
<Embodiment> FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration of a reduction projection exposure apparatus having an automatic focus control apparatus according to an embodiment of the present invention.

同図において、7はレチクルであり、レチクルステージ
70に保持されている。レチクル7上の回路パターンが
縮小投影レンズ8によって、xyzステージ10上のウエ
ハ9上に1/5に縮小されて結像し、露光が行われる。
第1図では、ウエハ9に隣接する位置に、ウエハ9の上
面とミラー面がほぼ一致する基準平面ミラー17が配さ
せる。実際のレジストが塗布されたウエハを用いる代り
に基準面ミラー17を用いる理由は前述した通りであ
る。
In the figure, 7 is a reticle, which is held on a reticle stage 70. The circuit pattern on the reticle 7 is reduced by ⅕ on the wafer 9 on the xyz stage 10 by the reduction projection lens 8 to form an image, and exposure is performed.
In FIG. 1, a reference plane mirror 17 whose upper surface and a mirror surface of the wafer 9 are substantially aligned is arranged at a position adjacent to the wafer 9. The reason why the reference surface mirror 17 is used instead of using the wafer coated with the actual resist is as described above.

又、xyzステージ10は投影レンズ8の光軸方向(z)
及びこの方向に直交する面内で移動可能であり、もちろ
ん光軸のまわりに回転させることもできる。
Also, the xyz stage 10 is in the optical axis direction (z) of the projection lens 8.
Also, it can be moved in a plane orthogonal to this direction, and can of course be rotated around the optical axis.

レチクル7は、同図の1〜6で示される照明光学系によ
って、回路パターンの転写が行われる画面領域内を照明
されている。
The reticle 7 is illuminated in the screen area where the circuit pattern is transferred by the illumination optical systems shown in FIGS.

露光用の光源である水銀ランプ1の発光部は楕円ミラー
2の第一焦点に位置しており、水銀ランプ1より発光し
た光は、楕円ミラー2の第二焦点位置に集光している。
楕円ミラー2の第二焦点位置にその光入射面を位置付け
たオプテイカルインテグレーター3が置かれており、オ
プテイカルインテグレーター3の光出射面は2次光源を
形成する。この2次光源をなすオプテイカルインテグレ
ーター3より発する光は、コンデンサーレンズ4を介
し、ミラー5により光軸(光路)が90゜を下り曲げられ
る。尚、55は露光波長の光を選択的にとり出す為のウイ
ルターで、56は露光の制御を行う為のシヤツターであ
る。このミラー5により反射された露光光は、フイール
ドレンズ6を介し、レチクル7上の、回路パターンの転
写が行われる画面領域内を照明している。本実施例で
は、ミラー5は露光光を例えば5〜10%という様に部分
的に通過する構成となっている。ミラー5を通過した光
はレンズ52、露光波長を透過し光電検出に余分な光をカ
ツトするフイルター51を介して、光源のゆらぎ等をモニ
ターする為の光検出器50に到達する。
The light emitting portion of the mercury lamp 1 which is the light source for exposure is located at the first focal point of the elliptical mirror 2, and the light emitted from the mercury lamp 1 is condensed at the second focal point position of the elliptical mirror 2.
An optical integrator 3 with its light incident surface positioned at the second focal position of the elliptical mirror 2 is placed, and the light emitting surface of the optical integrator 3 forms a secondary light source. The light emitted from the optical integrator 3 forming the secondary light source is bent by 90 ° in the optical axis (optical path) by the mirror 5 via the condenser lens 4. Incidentally, 55 is a filter for selectively taking out light having an exposure wavelength, and 56 is a shutter for controlling exposure. The exposure light reflected by the mirror 5 passes through the field lens 6 and illuminates the screen area on the reticle 7 where the circuit pattern is transferred. In this embodiment, the mirror 5 is configured to partially pass the exposure light such as 5 to 10%. The light that has passed through the mirror 5 reaches a photodetector 50 for monitoring fluctuations of the light source, etc., through a lens 52 and a filter 51 that transmits the exposure wavelength and cuts extra light for photoelectric detection.

同図において11〜12は、公知のオフアクシスのオートフ
オーカス光学系を形成している。11は投光光学系であ
り、投光光学系11より発っせられた非露光光である光束
は、縮小投影レンズ8の光軸と交わる。基準平面ミラー
17上の点(あるいはウエハ9の上面)に集光し反射され
るものとする。この基準平面ミラー17で反射された光束
は、検出光学系12に入射する。図示は略したが、検出光
学系12内には位置検出用受光素子が配されており、位置
検出用受光素子と基準平面ミラー17上の光束の反射点
は、共役となる様配置されており、基準平面ミラー17の
縮小投影レンズ8の光軸方向の位置ズレは、検出光学系
12内の位置検出用受光素子上での入射光束の位置ズレと
して計測される。
In the figure, 11 to 12 form a known off-axis autofocus optical system. Reference numeral 11 denotes a light projecting optical system, and the light flux which is the non-exposure light emitted from the light projecting optical system 11 intersects the optical axis of the reduction projection lens 8. Reference plane mirror
It is assumed that the light is focused on a point on 17 (or the upper surface of the wafer 9) and reflected. The light flux reflected by the reference plane mirror 17 enters the detection optical system 12. Although illustration is omitted, a position detection light receiving element is arranged in the detection optical system 12, and the position detection light receiving element and the reflection point of the light flux on the reference plane mirror 17 are arranged so as to be conjugate. The positional deviation of the reduction projection lens 8 of the reference plane mirror 17 in the optical axis direction is detected by the detection optical system.
It is measured as the positional deviation of the incident light beam on the position detecting light receiving element in 12.

この検出光学系12により計測された基準平面ミラー17の
所定の基準面よりの位置ズレは、オートフオーカス制御
系19に伝達される。オートフオーカス制御系19は、基準
平面ミラー17が固設されたxyzステージ10を駆動する処
の駆動系20に指令を与える。又、TTLでフオーカス位置
を検知する時、オートフオーカス制御系19は基準ミラー
17を所定の基準位置の近傍で投影レンズ8の光軸方向
(z方向)に上下に駆動を行うものとする。また、露光の
際のウエハ9の位置制御(第1図の基準平面ミラー17の
位置にウエハ9が配置される)もオートフオーカス制御
系19により行われる。
The positional deviation of the reference plane mirror 17 from the predetermined reference plane measured by the detection optical system 12 is transmitted to the autofocus control system 19. The autofocus control system 19 gives a command to the drive system 20 that drives the xyz stage 10 on which the reference plane mirror 17 is fixed. Also, when detecting the focus position by TTL, the auto focus control system 19 is a reference mirror.
17 near the predetermined reference position in the optical axis direction of the projection lens 8.
It shall be driven up and down in the (z direction). The position control of the wafer 9 at the time of exposure (the wafer 9 is arranged at the position of the reference plane mirror 17 in FIG. 1) is also performed by the autofocus control system 19.

次に本発明である処の、縮小投影レンズ8のピント位置
検出光学系について説明する。
Next, the focus position detection optical system of the reduction projection lens 8 according to the present invention will be described.

第2図,第3図において7はレチクル、21はレチクル7
上に形成されたパターン部で遮光性をもつものとする。
又、22はパターン部21に挟まれた遮光部である。ここ
で、縮小投影レンズ8のピント位置(像面位置)の検出
を行う時は、xyzステージ10は縮小投影レンズ8の光軸
方向に移動する。
2 and 3, 7 is a reticle and 21 is a reticle 7.
The pattern portion formed above has a light shielding property.
Reference numeral 22 is a light-shielding portion sandwiched between the pattern portions 21. Here, when the focus position (image plane position) of the reduction projection lens 8 is detected, the xyz stage 10 moves in the optical axis direction of the reduction projection lens 8.

基準平面ミラー17は縮小投影レンズ8の光軸上に位置し
ており、レチクル7は、照明光学系1〜6により照明さ
れているものとする。
It is assumed that the reference plane mirror 17 is positioned on the optical axis of the reduction projection lens 8 and the reticle 7 is illuminated by the illumination optical systems 1-6.

始めに、基準平面ミラー17が縮小投影レンズ8のピント
面にある場合について第2図の1を用いて説明する。レ
チクル7上の透過部22を通った露光光は、縮小投影レン
ズ8を介して、基準平面ミラー17上に集光し反射され
る。反射された露光光は、往路と同一の光路をたどり、
縮小投影レンズ8を介しレチクル7に集光し、レチクル
7上のパターン部21間の透光部228を通過する。この
時、露光光は、レチクル7上のパターン部21にケラレる
ことなく、全部の光束がパターン部21の透過部を通過す
る。
First, the case where the reference plane mirror 17 is on the focus surface of the reduction projection lens 8 will be described with reference to 1 in FIG. The exposure light passing through the transmission part 22 on the reticle 7 is condensed and reflected on the reference plane mirror 17 via the reduction projection lens 8. The reflected exposure light follows the same optical path as the outward path,
The light is focused on the reticle 7 via the reduction projection lens 8 and passes through the light transmitting portion 228 between the pattern portions 21 on the reticle 7. At this time, the exposure light does not cause vignetting on the pattern portion 21 on the reticle 7, and the entire light flux passes through the transmissive portion of the pattern portion 21.

次に、基準平面ミラー17が縮小投影レンズ8のピント面
よりズレた位置にある場合について第3図を用いて説明
する。レチクル7上のパターン部21の透過部を通った露
光光は、縮小投影レンズ8を介し、基準平面ミラー17上
に達するが、基準平面ミラー17は、縮小投影レンズ8の
ピント面にないので、露光光は、広がった光束として基
準平面ミラー17で反射される。即ち、反射された露光光
は往路と異なる光路をたどり、縮小投影レンズ8を通
り、レチクル7上に集光することなく、基準平面ミラー
17の縮小投影レンズ8のピント面からのズレ量に対応し
た広がりをもった光束となってレチクル7上に達する。
この時露光光はレチクル7上のパターン部21によって一
部の光束がケラレを生じ全部の光束が透光部22を通過す
ることはできない。即ちピント面に合致した時とそうで
ない時にはレチクルを通しての反射光量に差が生じるの
である。
Next, a case where the reference plane mirror 17 is located at a position displaced from the focus surface of the reduction projection lens 8 will be described with reference to FIG. The exposure light passing through the transmission part of the pattern part 21 on the reticle 7 reaches the reference plane mirror 17 through the reduction projection lens 8, but the reference plane mirror 17 is not on the focus surface of the reduction projection lens 8, The exposure light is reflected by the reference plane mirror 17 as a spread light beam. That is, the reflected exposure light follows an optical path different from the outward path, passes through the reduction projection lens 8, and is not condensed on the reticle 7, and is a reference plane mirror.
A light beam having a spread corresponding to the amount of deviation from the focus surface of the 17 reduction projection lens 8 reaches the reticle 7.
At this time, a part of the exposure light is eclipsed by the pattern portion 21 on the reticle 7, and the whole light cannot pass through the light transmitting portion 22. That is, there is a difference in the amount of light reflected through the reticle when the focus surface is matched and when it is not.

第2図,第3図において説明した、基準平面ミラー17で
反射された露光光の光束がレチクル7を透過した後の光
路を、第1図を用いて説明する。
The optical path after the luminous flux of the exposure light reflected by the reference plane mirror 17 has passed through the reticle 7 described in FIGS. 2 and 3 will be described with reference to FIG.

レチクル7を透過した露光光は、フイールドレンズ6を
通りミラー5に達する。ミラー5は前述の様に露光光に
対して5〜10%程度の透過率をもっているので、ミラー
5に達した露光光の一部はミラー5を通過し、結像レン
ズ13を介し視野絞り14の面上に集光する。この時、レチ
クル7のパターンの存在する面と視野絞り14とは、結像
レンズ13を介し、共役な位置にある。
The exposure light transmitted through the reticle 7 passes through the field lens 6 and reaches the mirror 5. Since the mirror 5 has a transmittance of about 5 to 10% with respect to the exposure light as described above, a part of the exposure light reaching the mirror 5 passes through the mirror 5 and the field stop 14 via the imaging lens 13. On the surface of. At this time, the surface of the reticle 7 on which the pattern exists and the field stop 14 are in a conjugate position via the imaging lens 13.

視野絞り14の開口部を通過した露光光は、集光レンズ15
によって受光素子16に入光する。
The exposure light that has passed through the aperture of the field stop 14 has a condenser lens 15
The light enters the light receiving element 16.

受光素子16の前面には、必要な場合は露光光のみを選択
的に透過するフイルター51を配置するものとし、入射し
た露光光の光量に応じた電気信号を出力する。
A filter 51 that selectively transmits only the exposure light is arranged on the front surface of the light receiving element 16 if necessary, and an electric signal according to the amount of the incident exposure light is output.

ここで、視野絞り14の作用について説明する。視野絞り
は受光素子16で検出する検出領域を制限する役目を行
う。検出領域は基本的に11〜12で構成されているオフア
クシスフオーカス光学系によるものと対応する様に、即
ち、同じ領域で検出する様に構成される。但し、検出領
域内に粗いパターン例えばスクライブ線が含まれていて
その影響が支配的で検出感度に問題がある時には、絞り
14の位置をずらして、細かいパターンからの信号の影響
を支配的にする様な事も考えられる。この様な場合に
は、視野絞り14は第4図に示す様に光軸方向に直交する
方向の位置又は、開口の大きさ、開口の形状等のいずれ
か又は全部をコントロールできる様にしておくと良い。
又、14の動きにつれて15〜16に到る光学系全体の移動も
考えられるが、それらはいずれもオフアクシスオートフ
オーカス光学系11,12の検出領域との位置の対応がつく
範囲に留められる。又、受光素子16の形状自体で検出領
域が限定される場合には視野絞り14は必ずしも必要では
ない。この時、受光素子16はレチクル7と共役な位置、
例えば第1図における視野絞り14の位置に配される。
Here, the operation of the field stop 14 will be described. The field stop serves to limit the detection area detected by the light receiving element 16. The detection area is basically configured to correspond to that of the off-axis focus optical system including 11 to 12, that is, to detect in the same area. However, if a rough pattern such as a scribe line is included in the detection area and its influence is dominant and there is a problem in detection sensitivity,
It is also possible to shift the position of 14 to make the influence of the signal from the fine pattern dominant. In such a case, the field stop 14 is designed to be able to control any or all of the position in the direction orthogonal to the optical axis direction, the size of the opening, the shape of the opening, etc., as shown in FIG. And good.
Also, it is conceivable that the movement of the entire optical system up to 15 to 16 as the movement of 14 is considered, but both of them are limited to the range where the position corresponds to the detection area of the off-axis autofocus optical system 11 and 12. . Further, when the detection area is limited by the shape of the light receiving element 16 itself, the field stop 14 is not always necessary. At this time, the light receiving element 16 is at a position conjugate with the reticle 7,
For example, it is arranged at the position of the field stop 14 in FIG.

以下に、この受光素子16の信号出力を用いて、縮小投影
レンズ8のピント位置(像面位置)を検出する方法につ
いて説明する。
A method of detecting the focus position (image plane position) of the reduction projection lens 8 using the signal output of the light receiving element 16 will be described below.

駆動系20により基準平面ミラー17ののったxzyステージ1
0を縮小投影レンズ8の光軸方向に、オフアクシスオー
トフオーカス検出系12で予め設定される計測の零点を中
心に駆動させるものとする。この時、各位置でのオート
フオーカス検出系12が計測する基準平面ミラー17の光軸
方向の位置信号(オートフオーカス計測値z)と、基準平
面ミラー17で反射された露光光を受光素子16で受光し、
電気信号に変換することにより焦点面(像面)検出系18
から得られる出力の関係は、第5図に示す様になる。こ
の時、検出系18の信号は光源1のゆらぎの影響を除く
為、例えば検出系18の信号を検出系53の信号で規格化す
ることにより基準光量検出系53からの信号で補正を受け
るものとする。
Xzy stage 1 with reference plane mirror 17 by drive system 20
It is assumed that 0 is driven in the optical axis direction of the reduction projection lens 8 around the zero point of measurement preset by the off-axis autofocus detection system 12. At this time, the position signal in the optical axis direction of the reference plane mirror 17 (autofocus measurement value z) measured by the autofocus detection system 12 at each position and the exposure light reflected by the reference plane mirror 17 are received by the light receiving element. Light is received at 16,
Focal plane (image plane) detection system 18 by converting to an electrical signal
The relationship of the outputs obtained from is as shown in FIG. At this time, the signal of the detection system 18 is corrected by the signal from the reference light amount detection system 53, for example, by normalizing the signal of the detection system 18 with the signal of the detection system 53, in order to eliminate the influence of the fluctuation of the light source 1. And

基準平面ミラー17が縮小投影光学系8のピント面に位置
した場合に焦点面検出系18の出力はピーク値を示す。こ
の時のオートフオーカス計測値zをもってして、縮小
投影レンズ8を用いて、ウエハ9に露光を行う際の投影
光学系8のピント位置とする。(又は計測値zに基づ
いて予め設定しておいたピント位置を補正する。) この様にして決まった投影レンズ8のピント位置はオフ
アクシスオートフオーカス検出系の基準位置となる。実
際のウエハの焼付最良位置はこの基準位置からウエハの
塗布厚や段差量等の値を考慮した分だけオフセツトを与
えた値となる。例えば多層レジストプロセスを用いてウ
エハを露光する場合には多層の一番上の部分だけを焼け
ば良いのでウエハのレジスト表面と基準位置はほぼ一致
する。一方、単層レジストで露光光が基板に十分到達す
る様な場合、ウエハのピントはレジスト表面ではなく基
板面に合致するので、この場合レジスト表面と基準位置
と間に1μm以上のオフセツトが存在する事も稀ではな
い。こうしたオフセツト量はプロセス固有のもので投影
露光装置とは別のオフセツトとして与えられるものであ
る。装置自体として本発明の様な方法で投影レンズ8自
体のピント位置を正確に求められれば十分であり、上記
オフセツト量は、必要な場合にのみオートフオーカス制
御系19や駆動系20に対して投影露光装置の不図示のシス
テムコントローラを介して予め入力してやれば良い。
When the reference plane mirror 17 is located on the focus plane of the reduction projection optical system 8, the output of the focal plane detection system 18 shows a peak value. The autofocus measurement value z 0 at this time is used as the focus position of the projection optical system 8 when the wafer 9 is exposed using the reduction projection lens 8. (Or, the focus position set in advance based on the measured value z 0 is corrected.) The focus position of the projection lens 8 determined in this way becomes the reference position of the off-axis autofocus detection system. The actual best position for printing the wafer is a value obtained by offsetting the reference position from the reference position by taking into consideration the values such as the coating thickness of the wafer and the step amount. For example, when a wafer is exposed using a multi-layer resist process, only the uppermost portion of the multi-layer needs to be baked, so that the resist surface of the wafer and the reference position are substantially coincident with each other. On the other hand, when the exposure light reaches the substrate sufficiently with the single-layer resist, the focus of the wafer does not match the resist surface but the substrate surface. In this case, therefore, there is an offset of 1 μm or more between the resist surface and the reference position. Things are not rare. Such offset amount is unique to the process and is provided as an offset different from the projection exposure apparatus. It suffices for the apparatus itself to accurately obtain the focus position of the projection lens 8 itself by the method of the present invention, and the offset amount mentioned above is applied to the autofocus control system 19 and the drive system 20 only when necessary. It may be input in advance via a system controller (not shown) of the projection exposure apparatus.

このピント位置zの検出は、焦点面検出系18の出力の
ピークをもって決定してもよいが、その他にも色々な手
法が考えられる。例えばより検出の敏感度を上げるため
に、ピーク出力に対してある割合のスライスレベル220
を決定し、このスライスレベル220の出力を示す図のオ
ートフオーカス計測値z,zを知ることにより、ピ
ント位置を として決定しても良いし、又、ピーク位置を微分法を使
って求める等の手法も考えられる。
The detection of the focus position z 0 may be determined by the peak of the output of the focal plane detection system 18, but various other methods are possible. For example, to increase the detection sensitivity, a certain slice level 220
Is determined and the focus position is determined by knowing the autofocus measurement values z 1 and z 2 in the diagram showing the output of this slice level 220. Alternatively, a method such as obtaining the peak position using a differential method may be considered.

また、このピント位置zの検出分解能を上げる為に、
第4図に示した様に、視野絞り14(場合によっては集光
レンズ15,受光素子16も一緒に)の位置を移動させるこ
とにより、受光素子16に入射する露光光が、より縮小投
影レンズ8の限界解像線幅に近い透光部22を通過してき
たものと対応する様にする事も考えられる。
Also, in order to increase the detection resolution of the focus position z 0 ,
As shown in FIG. 4, by moving the position of the field stop 14 (in some cases, the condenser lens 15 and the light-receiving element 16 together), the exposure light incident on the light-receiving element 16 is reduced in size. It may be considered to correspond to the light having passed through the translucent portion 22 having a width of the limit resolution line of No. 8.

本発明である縮小投影光学系8のピント位置検出を行
い、ウエハ9を露光するまでの過程を、第6図のフロー
チヤート図に示した。
The process of detecting the focus position of the reduction projection optical system 8 according to the present invention and exposing the wafer 9 is shown in the flowchart of FIG.

第6図では、ウエハ1枚毎に、縮小投影光学系8のピン
ト位置検出を行うフローチャートを示したが、各シヨツ
ト毎,数シヨツト毎,数ウエハ毎にピント位置検出を行
っても差しつかえないことは、言うまでもない。
FIG. 6 shows a flowchart for detecting the focus position of the reduction projection optical system 8 for each wafer, but it is okay to detect the focus position for each shot, every few shots, and every few wafers. Needless to say.

従って、実際のパターン転写に用いるレチクル、投影レ
ンズを通った露光光を検出光として用い、また、パター
ン転写されるウエハの位置検出を行い、オフアクシスオ
ートフオーカス系を用いて投影レンズのピント位置を直
接に計測して、常に、この投影レンズのピント面にパタ
ーンが転写されるべきウエハを位置させることが可能で
ある。
Therefore, the reticle used for actual pattern transfer and the exposure light that passed through the projection lens are used as detection light, and the position of the wafer on which the pattern is transferred is detected, and the focus position of the projection lens is detected using the off-axis autofocus system. Can be directly measured to always position the wafer on which the pattern is to be transferred, on the focus surface of the projection lens.

それ故、従来、投影露光光学系の周囲の温度変化、大気
圧変化、又は照射される光線による温度上昇、あるいは
投影光学系を含む装置の発熱による温度上昇によるピン
ト位置の経時変化に原理的に影響されることがないとい
う長所がある。
Therefore, conventionally, in principle, a change in the focus position with time due to a temperature change around the projection exposure optical system, an atmospheric pressure change, or a temperature rise due to an irradiated light beam or a temperature rise due to heat generation of an apparatus including the projection optical system It has the advantage of not being affected.

また、従来の照明系に簡易かつ安価な結像光学系,集光
レンズ,受光素子を付け加えるだけで、投影光学系の焦
点面(像面)検出系を構成できるという実装上の長所が
ある。
In addition, there is an advantage in mounting that a focal plane (image plane) detection system of the projection optical system can be configured only by adding a simple and inexpensive imaging optical system, a condenser lens, and a light receiving element to the conventional illumination system.

又、本発明によるピント位置の計測は露光を行っていく
サイクルの任意の時間に挿入可能なので、計測時と露光
時の時間的な差も最小にする事ができるという利点を持
っている。
Further, since the focus position measurement according to the present invention can be inserted at any time of the exposure cycle, there is an advantage that the time difference between the measurement and the exposure can be minimized.

第7図に本発明の他の実施例を示す。FIG. 7 shows another embodiment of the present invention.

ウエハ9にパターン転写を行うレチクル7は、各工程に
よってパターン転写を行う露光領域が異なることがある
為、実際の投影露光装置においては、レチクル7上で、
ある範囲の露光領域のみを照明する、例えば本件出願人
による特開昭60−45252号に示される様な照明領域可変
機構いわゆるマスキング機構が搭載されている場合が多
い。
The reticle 7 that transfers the pattern to the wafer 9 may have different exposure areas to which the pattern is transferred in each process. Therefore, in an actual projection exposure apparatus,
In many cases, a so-called masking mechanism for illuminating an exposure area within a certain range, for example, an illumination area changing mechanism as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-45252 by the present applicant is mounted.

第7図は照明光学系の部分以外は、第1図で説明した実
施例と同じである。以下に照明光学系について説明す
る。
FIG. 7 is the same as the embodiment described in FIG. 1 except for the illumination optical system. The illumination optical system will be described below.

露光用の光源である1の水銀ランプの発光部は、2の楕
円ミラーの第一焦点に位置しており、水銀ランプ1より
発した光は楕円ミラー2の第二焦点位置に集光してい
る。楕円ミラー2の第二焦点位置にその入射面を有する
3のオプテイカルインテグレーターが置かれており、オ
プテイカルインテグレーター3の出射面が2次光源をな
すオプテイカルインテグレーター3より発する光は、23
のコンデンサーレンズを介しビームスプリツター24を通
ったのち、25の照明領域可変機構の存在する面を照明し
ている。56はシヤツター、55は第1図と同じく露光波長
域を制限するフイルターである。
The light emitting part of the mercury lamp 1 which is a light source for exposure is located at the first focal point of the elliptical mirror 2 and the light emitted from the mercury lamp 1 is focused on the second focal point of the elliptic mirror 2. There is. Three optical integrators having an incident surface thereof are placed at the second focal point position of the elliptical mirror 2, and the light emitted from the optical integrator 3 having the exit surface of the optical integrator 3 serving as a secondary light source is 23
After passing through the beam splitter 24 via the condenser lens of, the surface on which the illumination area changing mechanism of 25 exists is illuminated. Reference numeral 56 is a shutter, and 55 is a filter for limiting the exposure wavelength range as in FIG.

この照明領域可変機構25は、開口可変な絞りで形成され
ており、照明領域可変機構25の存在する面を照明してい
る光束の一部の領域のみを通過させる働きをしている。
The illumination area changing mechanism 25 is formed of a diaphragm with a variable aperture, and has a function of passing only a partial area of the light flux illuminating the surface on which the illumination area changing mechanism 25 exists.

また、ビームスプリツター24は露光光を90〜95%程透過
する性質をもつものである。
The beam splitter 24 has a property of transmitting the exposure light by about 90 to 95%.

この照明領域可変機構25を通った露光光は、結像レンズ
26を通った後、ミラー27により光軸が90゜折り曲げら
れ、フイールドレンズ6を通ったのち、レチクル7上に
達する。この時、結像レンズ26、及びフイールドレンズ
6を介して照明領域可変機構24の存する面と、レチクル
7の回路パターンの存する面は、共役となる様に配置さ
れているものとする。更に、レチクル7と露光されるウ
エハ9との間に介在する縮小投影レンズ8の入射瞳が、
オプテイカルインテグレーター4の出射面と共役となる
ようにし、同図の1〜3,23〜27,6で示される照明光
学系でレチクル7の回路パターン面がケーラー照明され
る様に構成される。
The exposure light that has passed through the illumination area variable mechanism 25 is an imaging lens.
After passing through 26, the optical axis is bent 90 ° by the mirror 27, and after passing through the field lens 6, reaches the reticle 7. At this time, it is assumed that the surface on which the illumination area changing mechanism 24 exists via the imaging lens 26 and the field lens 6 and the surface on which the circuit pattern of the reticle 7 exists are arranged to be conjugate. Further, the entrance pupil of the reduction projection lens 8 interposed between the reticle 7 and the wafer 9 to be exposed is
It is configured to be conjugate with the exit surface of the optical integrator 4, and the circuit pattern surface of the reticle 7 is configured to be Koehler-illuminated by the illumination optical system shown by 1-3, 23-27, and 6 in FIG.

焦点面検出に用いる露光光がレチクル7のパターン部を
透過し、縮小投影レンズ8を通り、基準反射ミラー17で
反射し、再び縮小投影レンズ8を通り、レチクル7のパ
ターン部を透過してくる際の様子は、第2図及び第3図
で説明した通りである。
The exposure light used for focal plane detection passes through the pattern portion of the reticle 7, passes through the reduction projection lens 8, is reflected by the reference reflection mirror 17, passes through the reduction projection lens 8 again, and passes through the pattern portion of the reticle 7. The situation at this time is as described in FIGS. 2 and 3.

この再びレチクル7の透光部22を透過してきた露光光
は、フイールドレンズ6を通り、ミラー27で反射され、
結像レンズ26を介して照明領域可変機構25の開口部を通
過する。このあと、露光光を5〜10%反射するビームス
プリツター24で反射されたのち、集光レンズ28によって
受光素子16上に入光する。
The exposure light transmitted through the transparent portion 22 of the reticle 7 again passes through the field lens 6 and is reflected by the mirror 27.
The light passes through the aperture of the illumination area changing mechanism 25 via the imaging lens 26. After this, the exposure light is reflected by the beam splitter 24 which reflects 5 to 10%, and then enters the light receiving element 16 by the condenser lens 28.

このあとの、焦点面検出の方法は、第1図の実施例にお
いて説明したものと同様である。
The subsequent method for detecting the focal plane is the same as that described in the embodiment of FIG.

第7図では第1図のミラー5の代りをビームスプリツタ
ー24が行っているという点が異っているのである。この
様にすると照明領域可変機構をつけて装置全体をコンパ
クト化できるというメリットがある。又、ビームスプリ
ツター24は露光光の光量モニターの為の光検出器50への
導光も兼ねている。又、光検出器50は、回路パターン投
影露光時の積算光量検出用の光検出器として兼用され、
露光量制御に用いられる。
The difference in FIG. 7 is that the beam splitter 24 replaces the mirror 5 in FIG. In this way, there is an advantage that the entire device can be made compact by attaching the illumination area changing mechanism. The beam splitter 24 also serves as a light guide to the photodetector 50 for monitoring the amount of exposure light. Further, the photodetector 50 is also used as a photodetector for detecting the integrated light amount during the circuit pattern projection exposure,
Used for exposure control.

以上述べた実施例ではxyzステージ10を可動とし、こ
のxyzステージ10を縮小投影レンズ8の光軸方向に移動
させることにより、投影レンズ8のピント位置(即ち像
面位置)の計測やウエハ9の位置決めを実行している
が、投影レンズ8に駆動機構を取付け投影レンズ8をそ
の光軸方向に可動して、計測や位置決めを実行すること
も可能であろう。
In the embodiment described above, the xyz stage 10 is movable, and the xyz stage 10 is moved in the optical axis direction of the reduction projection lens 8 to measure the focus position (that is, the image plane position) of the projection lens 8 and the wafer 9. Although the positioning is performed, it is also possible to mount the drive mechanism on the projection lens 8 and move the projection lens 8 in the optical axis direction to perform the measurement and the positioning.

この時には投影レンズ8とレチクル7(及びレチクルス
テージ70)を一体的に移動させる。
At this time, the projection lens 8 and the reticle 7 (and the reticle stage 70) are moved integrally.

又、xyzステージ10上に設けた基準反射ミラー17からの
反射露光光のレチクル7の透過光量をモニターしてピン
ト位置を検出する代わりに、基準反射ミラーと他のTTL
オートフオーカス系(例えば本件出願人による特開昭56
−130707号公報に示される。)を用いてピント位置を検
出しても良い。
Further, instead of detecting the focus position by monitoring the amount of reflected exposure light transmitted from the reference reflection mirror 17 provided on the xyz stage 10 through the reticle 7, the reference reflection mirror and another TTL are used.
Autofocus system (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 56
-130707 publication. ) May be used to detect the focus position.

又、上記各実施例ではレチクル7の回路パターンの一部
を利用して、基準反射ミラー17へ所定の光を導いている
が、ピント位置検出用のパターン(窓)を別途レチクル7
上に形成しておき、これを用いても構わない。
Further, in each of the above embodiments, a part of the circuit pattern of the reticle 7 is used to guide the predetermined light to the reference reflection mirror 17, but a pattern (window) for focus position detection is separately provided.
It may be formed on the top and used.

更に、上記各実施例では、多層レジスト等のプロセス対
応の為に、ウエハ9とは別の基準反射ミラー(面)19をxy
zステージ10上に設けたが、この基準反射ミラー19を特
に設けない場合には、レジストが塗布されたウエハ9代
わりにレジストが塗布されていないダミーウエハをxyz
ステージ10上に装着し、前述した方法で投影光学系のピ
ント位置を検出することも可能である。
Further, in each of the above-described embodiments, a reference reflection mirror (surface) 19 different from the wafer 9 is provided in the xy direction in order to handle processes such as multilayer resist.
Although provided on the z stage 10, if the reference reflection mirror 19 is not provided, a dummy wafer not coated with resist is used instead of the wafer 9 coated with resist.
It is also possible to mount it on the stage 10 and detect the focus position of the projection optical system by the method described above.

本投影露光装置の形態は上記実施例で示された以外に各
種形態が考えられ、例えば光源としてKrFエキシマレー
ザ等のレーザを使用する装置や投影光学系が反射鏡を含
む装置など様々な装置に本発明は適用される。
Various forms of the projection exposure apparatus other than those shown in the above embodiment are conceivable. The invention applies.

<発明の効果> 以上、本発明では、レジストが塗布されたウエハを使用
することなく、所定の基準反射面をウエハステージ上に
設け、この反射面を利用して、TTLオートフオーカス系
により投影光学系のピント位置(即ち像面位置)を検出
し、これを基準としてウエハ面を像面位置に位置付ける
為、経時変化する投影光学系のピント位置を精度良く検
出し、高精度の焦点合わせが可能になる。これにより高
解像のパターンをウエハ上に形成出来、より集積度の高
い回路を作成できるというすぐれた効果がある。
<Effects of the Invention> As described above, according to the present invention, a predetermined reference reflecting surface is provided on the wafer stage without using a wafer coated with a resist, and the reflecting surface is used to project by a TTL autofocus system. The focus position of the optical system (that is, the image plane position) is detected, and the wafer surface is positioned at the image plane position with this as a reference. Therefore, the focus position of the projection optical system, which changes over time, is accurately detected, and highly accurate focusing is achieved. It will be possible. This has an excellent effect that a high resolution pattern can be formed on the wafer and a circuit with a higher degree of integration can be created.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、本発明の一実施例に係る自動焦点制御装置を
有する投影露光装置を示す構成図。 第2図及び第3図は、各々基準平面ミラーと、縮小投影
レンズのピント面が一致している場合、及びピント面か
らずれている場合の基準平面ミラーからの反射露光光の
様子を示す図。 第4図は、第1図において、開口絞りの位置をずらし
て、焦点検出に用いるパターン領域をずらした図。 第5図は、オートフオーカス計測値に対する焦点面検出
系の出力の関係を示す図。 第6図は、焦点面検出から露光に至るまでのシーケンス
を示すフローチヤート図。 第7図は、本発明を照明領域可変機構をもつ投影露光装
置に適用した場合の構成図。 1……水銀ランプ 2……楕円ミラー 3……オプテイカルインテグレーター 4……コンデンサーレンズ 5……ミラー 6……フイールドレンズ 7……レチクル 8……縮小投影レンズ 9……ウエハ 10……xyzステージ 11……オートフオーカス投光系 12……オートフオーカス検出系 13……結像レンズ 14……開口絞り 15……集光レンズ 16……受光素子 17……基準平面ミラー 18……焦点面検出系 19……オートフオーカス制御系 20……駆動系 21……遮光パターン 22……透光部 23……コンデンサーレンズ 24……ビームスプリツター 25……照明領域可変機構 26……結像レンズ 27……ミラー 28……集光レンズ 50……光電検出素子 51……フイルター 52……集光レンズ 55……フイルター 56……シヤツター 220 ……スライスレベル
FIG. 1 is a configuration diagram showing a projection exposure apparatus having an automatic focus control device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 and FIG. 3 are views showing the state of reflected exposure light from the reference plane mirror when the reference plane mirror and the focus plane of the reduction projection lens coincide with each other and deviate from the focus plane, respectively. . FIG. 4 is a diagram obtained by shifting the position of the aperture stop and shifting the pattern area used for focus detection in FIG. 1. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the output of the focal plane detection system and the autofocus measurement value. FIG. 6 is a flow chart showing the sequence from the focal plane detection to the exposure. FIG. 7 is a configuration diagram when the present invention is applied to a projection exposure apparatus having an illumination area changing mechanism. 1 …… Mercury lamp 2 …… Elliptical mirror 3 …… Optical integrator 4 …… Condenser lens 5 …… Mirror 6 …… Field lens 7 …… Reticle 8 …… Reduction projection lens 9 …… Wafer 10 …… xyz Stage 11 …… Auto focus projection system 12 …… Auto focus detection system 13 …… Imaging lens 14 …… Aperture stop 15 …… Condenser lens 16 …… Light receiving element 17 …… Reference plane mirror 18 …… Focal plane detection System 19 …… Auto focus control system 20 …… Drive system 21 …… Shading pattern 22 …… Transparent part 23 …… Condenser lens 24 …… Beam splitter 25 …… Illumination area variable mechanism 26 …… Imaging lens 27 …… Mirror 28 …… Condenser lens 50 …… Photoelectric detector 51 …… Filter 52 …… Condenser lens 55 …… Filter 56 …… Shutter 220 …… Slice level

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1物体上に形成されているパターンを、
投影光学系を介して第2物体上に投影する投影露光装置
において、 前記第2物体を保持する可動ステージと; 前記可動ステージ上に設けられた反射面と; 前記パターンと投影光学系を介し前記反射面上に光を指
向させる手段と; 前記反射面からの光を前記投影光学系と前記パターンを
介して受光し、光量を検出する光量検出手段と; 前記光量検出手段からの信号に基づいて前記投影光学系
のピント位置を検出する手段とを有することを特徴とす
る投影露光装置。
1. A pattern formed on a first object,
In a projection exposure apparatus for projecting onto a second object via a projection optical system, a movable stage holding the second object; a reflecting surface provided on the movable stage; the pattern via the projection optical system; Means for directing light on a reflecting surface; a light quantity detecting means for receiving light from the reflecting surface via the projection optical system and the pattern and detecting a light quantity; based on a signal from the light quantity detecting means Projection exposure apparatus, comprising means for detecting a focus position of the projection optical system.
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